Блог

Активный транспорт лекарственных веществ через мембраны эпителиальных клеток кишечника


Транспорт лекарственных средств через клеточную мембрану и биологические барьеры — SportWiki энциклопедия

Транспорт лекарственных средств через клеточную мембрану и другие биологические барьеры[править | править код]

На всех этапах своего пребывания в организме — всасывания, распределения, метаболизма, экскреции — лекарственные средства проникают через клеточные мембраны. Поэтому очень важно понимать механизм мембранного транспорта, знать физико-химические свойства препарата и самой мембраны, от которых этот транспорт зависит. Так, решающее значение имеют размеры и форма молекулы лекарственного средства, степень ионизации, растворимость в жирах и связывание с белками тканей.

Клеточная мембрана — наиболее универсальный биологический барьер, который приходится преодолевать лекарственным средствам. Он входит в состав других биологических барьеров, таких, как слизистая кишечника, состоящая из одного слоя клеток, или кожа, состоящая из нескольких таких слоев. В большинстве случаев лекарственные средства переносятся через клетки, а не между ними, поэтому механизм проникновения через столь разные по строению барьеры во многом сходен.

Клеточная мембрана[править | править код]

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой амфифильных липидов, гидрофобные углеводородные хвосты которых обращены внутрь, а гидрофильные головки — наружу. Мембраны разных клеток различаются по липидному составу. Перемещаясь вдоль поверхности, липидные молекулы придают мембране текучесть и эластичность. Кроме того, мембраны обладают высоким электрическим сопротивлением и плохо проницаемы для полярных молекул. Встроенные в двойной липидный слой мембранные белки выполняют функции рецепторов, ионных каналов и переносчиков, участвуя в восприятии и передаче химических и электрических сигналов. Эти белки служат мишенями для лекарственных средств.

Проникновение лекарственных средств через биологические барьеры[править | править код]

При преодолении биологических барьеров лекарственные средства могут проходить как сквозь клетки, так и между ними. Между эндотелиальными клетками большинства капилляров препараты транспортируются с током воды, происходящим путем фильтрации по градиенту гидростатического давления. Такой вид транспорта доступен только свободным лекарственным средствам, так как молекулы белков, с которыми они связаны, слишком велики. Транспорт веществ через межклеточные контакты осуществляется довольно легко. В капиллярах он зависит только от интенсивности кровотока (см. ниже). Этот вид транспорта играет важную роль в проникновении веществ через почечный фильтрационный барьер. В некоторых органах и тканях (капилляры ЦНС, многие эпителиальные ткани) клетки связаны плотными контактами, транспорт через которые ограничен (см. ниже). При прохождении сквозь клетки лекарственные средства должны переноситься через клеточную мембрану. Последняя хорошо проницаема для воды, которая проникает через мембрану путем диффузии по градиенту осмотического давления. Вместе с водой через мембрану могут проходить небольшие (молекулярная масса не более 100—200), растворимые в воде молекулы лекарственных средств. Большинство липофильных препаратов с высоким молекулярным весом транспортируются путем активного или пассивного транспорта.

Простая диффузия[править | править код]

Многие липофильные лекарственные средства проходят через клеточную мембрану посредством простой диффузии (разновидность пассивного транспорта) по градиенту концентрации. Скорость простой диффузии прямо пропорциональна величине трансмембранного концентрационного градиента, коэффициенту распределения препарата между липидной и водной фазами и площади диффузионной поверхности. Чем больше коэффициент распределения, тем выше концентрация препарата в мембране и тем выше скорость диффузии. В случае неионизированных веществ по достижении стационарного состояния концентрации свободного вещества по обе стороны мембраны выравниваются. Трансмембранное распределение ионизированных веществ зависит от электрохимических градиентов для ионов и от градиента pH между внутри- и внеклеточным пространством, так как величина pH влияет на степень ионизации.

Влияние pH на диффузию слабых электролитов[править | править код]

Большинство лекарственных средств представляют собой слабые кислоты или слабые основания, которые могут находиться в водном растворе как в ионизированной, так и в неионизированной форме. Неионизированные молекулы обычно липофильны и легко проходят через мембрану (неионная диффузия), в отличие от плохо растворимых в жирах ионизированных молекул.

Трансмембранное распределение слабых электролитов зависит от показателя кислотной диссоциации pКа (рКа соответствует pH, при котором половина всех молекул слабой кислоты или слабого основания ионизирована) и градиента pH. На рис. 1.2 представлено распределение слабой кислоты (рКа 4,4) между плазмой (pH 7,4) и желудочным соком (pH 1,4). Слизистая желудка выполняет функцию липидного барьера, проницаемого только для неионизированных, липофильных молекул. Соотношение неионизированной и ионизированной форм препарата легко вычислить с помощью уравнения Гендерсона—Гассельбальха. В плазме это соотношение равно 1:1000, а в желудочном соке — 1:0,001 (на рисунке эти данные приведены в квадратных скобках, а смещение равновесия в сторону ионизированной или неионизированной Формы указано толстыми горизонтальными стпелками). Таким образом, в стационарном состоянии соотношение концентраций препарата в плазме и желудочном соке составит 1000:1. Для слабого основания с рКа 4,4 указанные соотношения обратные, и равновесие между ионизированной и неионизированной формами также смещено в обратную сторону. Итак, в стационарном состоянии слабая кислота накапливается преимущественно с той стороны мембраны, где среда более щелочная, а слабое основание — с той стороны, где среда более кислая (так называемая ионная ловушка). Эти закономерности во многом определяют всасывание и экскрецию лекарственных средств (см. ниже). Разность концентраций слабого электролита по обе стороны биологических барьеров устанавливается без затрат энергии, за счет избирательной проницаемости мембраны для неионизированных молекул и трансмембранного градиента pH. Последний, впрочем, создается активным транспортом ионов.

Облегченная диффузия и активный транспорт[править | править код]

Хотя наиболее распространенный механизм мембранного транспорта лекарственных средств — простая диффузия, препараты могут проходить через клеточную мембрану с участием белков-переносчиков — путем облегченной диффузии или активного транспорта. Облегченная диффузия (разновидность пассивного транспорта) идет по концентрационному или электрохимическому градиенту без затрат энергии, но, в отличие от простой диффузии, осуществляется с помощью белка-переносчика. Активный транспорт идет против концентрационного либо электрохимического градиента и требует затрат энергии. Облегченная диффузия и активный транспорт характеризуются насыщением, специфичностью и конкурентным ингибированием. Белки-переносчики участвуют в переносе через мембрану эндогенных веществ, скорость простой диффузии которых слишком мала, и могут обладать высокой специфичностью к определенной конформации молекулы лекарственного вещества. Кроме того, с помощью белков-переносчиков из клетки выводятся токсичные вещества.

От локализации переносчика в той или иной части клетки часто зависит направление переноса (в клетку или из нее), что во многих случаях обеспечивает направленный транспорт лекарственных средств через клеточные слои. Так, переносчики в базолатеральной мембране гепатоцитов транспортируют желчные кислоты и амфифильные органические ионы в клетку, а системы активного транспорта в апикальной мембране — из клетки в желчь. Сходные механизмы действуют в кишечнике и почечных канальцах. Во всех этих органах, а также в эндотелии капилляров головного мозга присутствует Р-гликопротеид — мембранный белок-переносчик, отвечающий за выведение лекарственных средств из клетки. Этот белок кодируется геном ABCВ1 (старое название MDR- 1) и обусловливает устойчивость опухолевых клеток к химиотерапии (гл. 52). В кишечнике Р-гликопротеид транспортирует лекарственные средства из энтеропита обратно в просвет кишечника, уменьшая их всасывание.

Регулирование свойств и функций кишечных эпителиальных клеток с помощью аминокислот

Кишечные эпителиальные клетки (IEC) выстилают поверхность кишечного эпителия, где они играют важную роль в переваривании пищи, всасывании питательных веществ и защите человеческого организма от микробов. инфекции и другие. Дисфункция IEC может вызвать заболевания. На развитие, поддержание и функции IEC сильно влияет внешнее питание, такое как аминокислоты. Аминокислоты играют важную роль в регулировании свойств и функций IEC.В этой статье мы кратко рассмотрели текущее понимание роли аминокислот в регуляции свойств и функций IEC в физиологическом состоянии, в том числе в гомеостазе IEC (дифференциация, пролиферация и обновление), в структуре и функциях кишечного эпителиального барьера. и в иммунных ответах. Мы также обобщили некоторые важные выводы о влиянии добавок аминокислот (например, глютамина и аргинина) на восстановление функций IEC и кишечника при некоторых болезненных состояниях.Эти результаты будут способствовать нашему пониманию важной роли аминокислот в гомеостазе IEC и потенциально могут помочь в выявлении новых мишеней и реагентов для терапевтического вмешательства при заболеваниях, связанных с дисфункциональными IEC.

1. Введение
1.1. Пищеварительная система, структура и функции кишечника

Человеческое тело имеет несколько уровней организации: клетки, ткани, органы и системы органов. Работая вместе, системы органов человека снабжают клетки организма жизненно важными биологическими материалами, которые им необходимы для функционирования, а также способствуют удалению отходов.Они также работают согласованно, чтобы поддерживать температуру, pH и другие условия на оптимальном уровне для поддержки клеточных процессов. Пищеварительная система выполняет три основные функции: переваривание пищи, усвоение питательных веществ и удаление твердых пищевых отходов. Органы пищеварительной системы включают те, которые составляют желудочно-кишечный тракт (например, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник) и вспомогательные органы (например, печень, желчный пузырь и поджелудочную железу).

Тонкий и толстый кишечник составляют основную часть желудочно-кишечного тракта.Расположенные в брюшной полости, они являются основным местом переваривания и поглощения питательных веществ из принятой пищи [1]. Тонкая кишка состоит из трех отделов: двенадцатиперстной кишки, тощей кишки и подвздошной кишки [2]. Двенадцатиперстная кишка - это первый и самый короткий сегмент тонкой кишки. Получает частично переваренную пищу из секрета желудка и поджелудочной железы, содержащую пищеварительные ферменты; он играет важную роль в переваривании пищи. Тощая кишка лежит в средней части кишечника, соединяя двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку.Он содержит круглые складки и ворсинки для увеличения площади поверхности для поглощения мелких частиц питательных веществ, которые ферментативно перевариваются в двенадцатиперстной кишке. Поглощенные питательные вещества затем попадают в печень через энтерогепатический кровоток. Подвздошная кишка является третьей частью тонкой кишки и содержит ворсинки, похожие на ворсинки тощей кишки. Подвздошная кишка поглощает витамин B12, желчные кислоты и другие питательные вещества, не усваиваемые тощей кишкой [2]. В слепой и толстой кишке (толстой кишке) ворсинки отсутствуют.

Структура поперечного сечения тонкой кишки состоит из четырех слоев: слизистой оболочки, подслизистой оболочки, мышечного слоя и адвентиции [3] (рис. 1).Слизистая оболочка состоит из эпителиальных клеток, которые выделяют слизь в виде густой защитной жидкости. Основные функции слизистой оболочки - поглощение и транспортировка питательных веществ, поддержание влажности тканей и защита организма от патогенов и инородных частиц [4]. Подслизистая основа представляет собой относительно тонкий внеклеточный матрикс, богатый коллагеном, который поддерживает слизистую оболочку и соединяет ее с мышечным слоем. Мышечный слой состоит из мышечной ткани; он отвечает за движения кишечника, такие как перистальтика [3]. Адвентиция - это гладкая тканевая оболочка, состоящая из двух слоев мезотелия, висцеральной мембраны и париетального слоя.Адвентиция выделяет серозную жидкость [3].


1.2. Свойства и функции кишечных эпителиальных клеток (IEC)

IEC существуют как слой клеток, выстилающих просветную поверхность кишечного эпителия. IEC постоянно заменяются каждые 4-5 дней в процессе обновления и миграции. Новые IEC производятся стволовыми клетками, расположенными в криптах у основания кишечных желез. Эти стволовые клетки дают начало предшественникам, которые дифференцируются в типы зрелых IECs, поскольку они (за исключением клеток Панета) мигрируют вверх по оси крипта-ворсинка [5].Старые ИЭК подвергаются апоптозу и выделяются в просвет кишечника. В эпителии кишечника присутствует несколько типов клеток, включая энтероциты, клетки Панета, бокаловидные клетки и нейроэндокринные клетки (рис. 1).

Энтероциты являются основным типом клеток кишечного эпителия. Они представляют собой простые столбчатые эпителиальные клетки и играют важную роль в абсорбции питательных веществ (например, ионов, воды, сахара, пептидов и липидов) и в секреции иммуноглобулинов. Бокаловидные клетки составляют около 10% всех IEC.Бокаловидные клетки выделяют слизь, которая смазывает прохождение пищи через кишечник и защищает стенку кишечника от пищеварительных ферментов [6]. Клетки Панета обнаруживаются только в тонком кишечнике, особенно в подвздошной кишке [7]. Клетки Панета синтезируют и секретируют антимикробные пептиды и белки. Сообщалось, что клетки Панета могут напрямую ощущать кишечные бактерии через клеточно-автономную активацию MyD88-зависимого toll-подобного рецептора (TLR), запускающего экспрессию множества антимикробных факторов [8].Клетки Панета - долгоживущие клетки; они мигрируют вниз к основанию крипт после дифференциации от стволовых клеток. Нейроэндокринные клетки могут выделять кишечные гормоны или пептиды в кровоток при стимуляции, чтобы активировать нервные реакции [9]. Также известно, что нейроэндокринные клетки действуют как хеморецепторы, инициируя пищеварительные процессы, обнаруживая вредные вещества и инициируя защитные реакции [10].

Другие зарегистрированные типы клеток включают экзокринные клетки и эндокринные клетки.Экзокринные клетки расположены в слизистой оболочке тонкой кишки; они секретируют слизь, пептидазу, сахарозу, мальтазу, лактазу, липазу и энтеропептидазу [9]. Эндокринные клетки секретируют холецистокинин и секретин. Их секреция в основном регулируется химусом: чем больше химуса присутствует, тем больше секреция [11].

2. Аминокислоты регулируют свойства и функции IEC
2.1. Поглощение аминокислот в кишечнике

По данным Национальной академии наук инженерной медицины, рекомендуемое потребление пищи составляет 0.8 граммов протеина на килограмм массы тела [12]. Большинство этих белков не могут быть поглощены человеческим организмом в их предварительно переваренном состоянии и должны быть преобразованы в аминокислоты перед поглощением [13]. Пищеварение описывает процесс, с помощью которого сложные пищевые вещества превращаются в простые формы, которые могут усваиваться организмом. Переваривание белков начинается в желудке и заканчивается в кишечнике. Для переваривания белков важны три фермента: пепсин, трипсин и химотрипсин [14]. Кислая среда в желудке денатурирует белки и делает их доступными для протеолитического переваривания.Пепсин - главный протеолитический фермент в желудке, где он превращает большие белки в более мелкие пептиды. Частично переваренные пептиды попадают в тонкий кишечник, где они дополнительно расщепляются активированным трипсином и химотрипсином. Трипсин и химотрипсин секретируются поджелудочной железой в виде неактивных форм и превращаются в активные формы, когда секретируются в тонкий кишечник [14]. Переваривание белков может быть дополнительно усилено протеазами, такими как аминопептидаза N. Аминопептидазы могут переваривать белки от аминоконца и образовывать отдельные аминокислоты или ди- и трипептиды [15].

Поглощение аминокислот в основном осуществляется IEC посредством активного транспорта [16]. Эти IECs сильно поляризованы, с апикальной плазматической мембраной, обращенной к просвету кишечника. Поскольку существуют разные типы транспортеров, локализованных либо в апикальной, либо в базолатеральной мембранах, IECs могут транспортировать вещества в одном направлении через эпителий. На апикальной поверхности МЭК насчитывается более 7 типов переносчиков аминокислот [17, 18]. Один тип - Na

.

Добро пожаловать в WatCut

Добро пожаловать в WatCut

В начале апреля 2014 года в WatCut произошел отказ оборудования. Это его новый дом. у меня есть перенесло большинство приложений и файлов на этот новый сервер, но все предыдущие пользовательские данные были потеряны. Кроме того, не все на этом новом сервере было тщательно протестировано. Если что-то не работает как раньше, дайте мне знать.


Ресурсы для исследований

WatCut - онлайн-инструмент для рестрикционного анализа, скрытого сканирования мутаций и SNP-RFLP анализ

MakeMultimer.ру - инструмент для генерации координат недостающих субъединиц олигомерных белков от BIOMT матрицы в файлах pdb.

trfit - программа для подбора времени затухания флуоресценции (TCSPC). Я еще не восстанавливал этот после аварии - хочу взять возможность исправить некоторые ошибки здесь, прежде чем я это сделаю.

Учебные ресурсы

Micado - онлайн-инструмент для создания многоразового множественного выбора Экзамены. По-прежнему отсутствует в новой установке.

Заметки по курсу обмена веществ - a довольно обширный набор письменных заметок и слайдов по метаболизму человека, все свободно скачиваемый.Может быть, пригодится и для самообучения.

Биохимический конспекты курса фармакологии


Поддерживается Michael Палмер, Университет Ватерлоо,

,

Роль динамики актина и экспрессии актинсвязывающих белков в переходе от эпителия к мезенхиме и его связь с прогрессированием рака и оценка возможных терапевтических целей

Метастазы вызывают смерть 90% больных раком, поэтому это наиболее значимая проблема связанные с раком. Таким образом, неудивительно, что многие исследователи пытаются разработать лекарства, нацеленные на них или предотвращающие их. Формирование вторичного опухолевого очага тесно связано с такими явлениями, как эпителиально-мезенхимальный и его обратный, мезенхимальный-эпителиальный переход.Изменение фенотипа клеток на мезенхимальный связано с приобретением миграционного потенциала. Движение раковых клеток возможно из-за развития инвазивных структур, таких как инвадоподии, ламеллиподии и филоподии. Эти изменения зависят от реорганизации актинового цитоскелета. В свою очередь, полимеризация и деполимеризация актина контролируются актин-связывающими белками. Во многих опухолевых клетках актин и связанные с актином белки накапливаются в ядре клетки, что позволяет предположить, что они также могут влиять на прогрессирование рака, регулируя экспрессию генов.Как только раковая клетка достигает новой среды обитания, она снова приобретает эпителиальные свойства и, следовательно, пролиферативную активность. Нацеливание на переходы от эпителия к мезенхиме и / или мезенхиме к эпителию посредством регуляции экспрессии их основных компонентов может быть потенциальным решением проблемы метастазирования. В этой работе основное внимание уделяется роли этих процессов в прогрессировании опухолей и оценке терапевтического потенциала агентов, нацеленных на них.

1. Введение

Актин - это высококонсервативный белок, обычно встречающийся в эукариотических клетках.В немышечных клетках актин составляет 1–5% всех клеточных белков, тогда как в мышечных клетках он может составлять даже до 10%. В эукариотических клетках можно выделить две основные формы актина: глобулярный G-актин и фибриллярный F-актин. Глобулярная форма представляет собой мономер 43 кДа, тогда как фибрилла представляет собой длинноцепочечный полярный полимер, образующийся в результате полимеризации G-актина [1]. Глобулярная форма равномерно распределена между цитоплазмой и нуклеоплазмой; распределение филаментов F-актина зависит от типа клетки, ее роли и фазы клеточного цикла, в которой она находится [2–6].Реорганизация структуры актина и переход между его формами играют важную роль во многих важнейших клеточных процессах, таких как цитокинез, дифференцировка и гибель клеток [6-8]. Присутствие фибриллярного актина наблюдается как в суспензионных, так и в прикрепленных клеточных линиях. Было доказано, что F-актин присутствует в цитоплазме лейкозных клеток в виде коротких волокон [9–11], тогда как в случае прикрепленных клеток он наблюдался, например, как стрессовые волокна [12]. Обе формы актина также играют роль в патологических событиях, таких как трансформация рака [13] или реакция клеток на негативные воздействия внешних факторов, таких как механический стресс [14] или химические вещества [12].Неоспоримые доказательства того, что фибриллярная форма актина может быть визуализирована с использованием фаллоидина в стрессовых условиях, таких как индукция цитостатических препаратов или тепловой шок, были представлены Grzanka et al. [15, 16]. В результате индукции гибели клеток внутри ядра клетки наблюдались круглые структуры F-актина. Этот эффект проявляется в последовательностях, плохо окрашенных DAPI, и, следовательно, вероятно, в областях ДНК, богатых парами G-C с высокой транскрипционной активностью [17].

В течение многих лет ученые ставили под сомнение присутствие F-актина в ядре клетки, однако, как было доказано McDonald et al.полимерные и мономерные формы актина можно наблюдать в ядре при фотообесцвечивании [18]. Кроме того, Издебска и др. представили простой, основанный на фаллоидине метод обнаружения F-актина на уровне TEM (просвечивающий электронный микроскоп) с использованием конъюгированных со стрептавидином полупроводниковых квантовых точек CdSe / ZnS и комбинации методов до и после внедрения [19], хотя это все еще неясно является ли его присутствие постоянным или только периодическим. Тем не менее многие исследования указывают на важную роль актина в процессах, происходящих в ядре клетки [20–22].Доказано, что ядерный актин является частью комплексов ремоделирования хроматина и аппарата транскрипции; он также входит в состав вновь синтезируемых рибонуклеопротеидов [23]. Кроме того, он влияет на организацию хроматина на больших расстояниях, ядерно-цитоплазматический транспорт и структуру ядра [21, 22, 24]. Вклад ядерного актина в ремоделирование хроматина во время активной гибели клеток был подтвержден SATB1 (специальный AT-богатый последовательностью-связывающий белок-1) и колокализацией F-актина в транскрипционно активных областях ядра.Также было показано, что взаимодействия между SATB1 и плотно упакованным F-актином присутствуют на границе между конденсированными и неконденсированными областями хроматина [6,

.

Смотрите также

MAXCACHE: 0.84MB/0.00054 sec